سیر تکامل شبکه های مخابرات سلولی از ۱G تا ۵G

مخابرات بی سیم موبایلدر طی دهه های اخیر پیشرفت های بسیاری در صنعت مخابرات بی سیم موبایل صورت گرفته است. امروزه تلفن همراه یکی از ملزومات زندگی روزمره بشر شده است. در طی چند دهه اخیر، مخابرات سلولی از یک فناوری گران قیمت برای مشتریان خاص، به سیستم های همگانی استفاده شده از طریف بیشتر جمعیت دنیا تبدیل شده است. تاکنون (نوشته شده در سال ۱۳۹۶) چهار نسل از سیستم های مخابرات موبایل در جهان عرضه شده که هر کدام وابسته به فناوری ها و کاربرد های مشخصی هستند. در این گزارش نسل ها و گام هایی که بین دو نسل برداشته شده اند، به عنوان مقدمه ذکر شده و پیشرفت های آخرین نسل این سیستم ها که تحت عنوان ۵G شناخته می شود بیان می شود.۱- نسل های مختلف شبکه های مخابرات بی سیم موبایلدر طول چند دهه گذشته، شبکه های مخابرات بی سیم موبایل دستخوش تغییرات بسیاری شده اند. تاکنون (تا سال ۱۳۹۶) چهار نسل از سیستم های مخابرات موبایل در جهان عرضه شده است که هر نسل حدودا ۱۰ سال پس از نسل قبلی خود ظهور کرده است. هر نسل بی سیم موبایل (G) عموما با تغییری در ماهیت سیستم، سرعت، فناوری، فرکانس، ظرفیت داده، تاخیر و غیره همراه است. در هر نسل تعدادی استاندارد با ظرفیت های مختلف، تکنیک های جدید و ویژگی های نوظهور معرفی می شود که آن را از نسل قبلی خود متفاوت می سازد. در اولین نسل از مخابرات بی سیم موبایل یا به اختصار ۱G از فناوری آنالوگ تنها برای برقراری تماس های صوتی استفاده می شد. فناوری نسل دوم یا G2، دیجیتال بود و علاوه بر تماس صوتی از پیام های متنی نیز پشتیبانی می کرد.نسل سوم فناوری موبایل یا ۳G از نرخ داده های ارسالی بالاتر، ظرفیت بیشتر و ارتباطات چند رسانه ای پشتیبانی می کرد. در نسل چهارم سیستم های موبایل یا ۴G، فناوری موبایل به سمت برودبند (پهنای باند یا Broadband) واقعی تغییر کرد و با افزایش پهنای باند و QoS و همینطور کاهش قیمت منابع، محدودیت های شبکه ۳G تا حدود زیادی برطرف گردید. نسل پنجم سیستم های موبایل سلولی یا باختصار ۵G با تغییر نوع استفاده از تلفن های همراه، انقلاب جدیدی را در بازار موبایل ایجاد خواهد کرد.اگرچه موبایل برودبند (Mobile Broadband) همچنان بخش مهمی از نسل موبایل آینده خواهد بود اما شبکه های بی سیم آتی علاوه بر این کاربرد رنج وسیع تری از کاربردهای جدیدتر را نیز شامل خواهند داشت. بنابراین، باید به ۵G به عنوان پلاتفرمی که اتصالات بی سیم را برای همه انواع سرویس های موجود و سرویس های ناشناخته آتی فراهم می آورد و در نتیجه شبکه های بی سیم را فراتر از موبایل برودبند می برد، نگریست. در آینده باید اتصالات در هر مکان و زمان برای همه کس و همه چیز فراهم گردد. به چنین سناریویی معمولا جامعه تحت شبکه اطلاق می گردد که در آن اتصالات فراتر از گوشی های هوشمند رفته و تاثیر عمیقی بر جامعه گذاشته است. در ادامه مروری بر چهار نسل مخابرات موبایل از ۱G تا ۴G خواهیم داشت و در انتها به معرفی نسل پنجم شبکه های موبایل یا باختصار ۵G خواهیم پرداخت.۲- شبکه های موبایل از G1 تا ۴Gسیستم های موبایل مخابراتی نخستین بار در اوایل دهه ۱۹۸۰ معرفی شدند. سیستم های نسل اول از تکنیک های مخابراتی آنالوگ که بسیار شبیه تکنیک های بکار رفته در رادیوهای آنالوگ قدیمی بودند، استفاده می کردند. در نسل اول سلول ها بسیار بزرگ و انحصاری بودند، بدرستی از طیف رادیویی موجود استفاده نمی شد و ظرفیت آنها بسیار پایین ( ۲٫۴kbps) بود. از طرفی گیرنده های موبایل نیز بسیار بزرگ و گران بودند به طوریکه بازار موبایل را تنها منحصر به کاربران تجاری کرده بودند. کاربرد این نسل فقط برقرای تماس های صوتی به صورت محلی بود. از جمله سیستم های ۱G می توان از NNT در ژاپن، AMPS در آمریکا و TACS در اروپا نام برد. مخابرات موبایل قبل از سیستم های ۱G نیز در مقیاس کم و برای جامعه هدف کوچکتر وجود داشتند.در اوایل دهه ۱۹۹۰ با معرفی سیستم های نسل دوم (۲G) موبایل به عنوان یک محصول برای مردم به سرعت رشد کرد. در سیستم های نسل دوم برای اولین بار از فناوری دیجیتال استفاده شد که در نتیجه آن امکان استفاده موثرتر از طیف رادیویی و نیز گیرنده های کوچک تر و ارزان تر فراهم گردید. سیستم های نسل ۲ ابتدا برای مکالمه طراحی شده بودند ولی بعدها به منظور پشتیبانی از خدمت پیام کوتاه (SMS) ارتقا یافتند. متداول ترین سیستم ۲G سیستم GSM با نرخ بیت ۹٫۶kbps بود که ابتدا برای اروپا طراحی شده بود، اما بعدها در کل دنیا بکار گرفته شد. همچنین IS-95 یا cdmaOne و IS-54/TDMA در آمریکا و تکنولوژی PDC در ژاپن نیز سیستم های ۲G دیگری بودند.موفقیت سیستم های مخابراتی ۲G همزمان با رشد اولیه اینترنت بود. بنابراین طبیعی بود که اپراتورهای شبکه بخواهند هر دو موضوع را در کنار هم ارائه دهند و به کاربر این امکان را بدهند که بتواند بر روی گیرنده موبایل خود دانلود داده نیز داشته باشد. برای این منظور سیستم های ۲٫۵G بر اساس ایده ۲G و با معرفی شبکه هسته packet switched و بهبود واسط هوایی بنا نهاده شدند که از طریق آنها داده نیز علاوه بر صدا با حداکثر نرخ بیت ۶۴kbps قابل انتقال گشت. با اضافه شدن این تکنیک ها GSM به GPRS، IS-95 به سیستم IS-95B و ۵۴-IS به ۱۳۶-IS ارتقا یافتند.در همان زمان نرخ داده موجود روی اینترنت نیز روند رو به رشدی داشت و به همین منظور طراحان برای اولین بار کارایی سیستم های ۲G را با بکارگیری تکنیک هایی نظیر EDGE (نسل ۲٫۷۵G با حداکثر نرخ داده تا ۲۵۶kbps) و سپس معرفی سیستم های قدرتمندتر ۳G در سال های بعد از ۲۰۰۰ بهبود بخشیدند. سیستم های ۳G از تکنیک هایی متفاوت از G2 برای ارسال و دریافت رادیویی بهره جسته تا نرخ داده قابل انتقال را افزایش داده و از طیف رادیویی موجود به صورت موثر تری استفاده شود.در اواخر دهه ۱۹۹۰، ITU با انتشار مجموعه الزامات سیستم های مخابراتی نسل سوم (۳G) تحت عنوان ۲۰۰۰-IMT آغازگر روند توسعه فناوری های ۳G شد. متداول ترین سیستم ۳G در دنیا با نام سیستم مخابراتی موبایل جهانی (UMTS) با نرخ بیت ۲Mbps در پهنای باند ۵MHz توسط ۳GPP معرفی شد. UMTS توسعه یافته GSM است که در آن فناوری واسط هوایی کاملا تغییر کرده، ولی شبکه هه سته تقریبا بدون تغییر مانده است. این سیستم در سال ۲۰۰۵ با معرفی فناوری های ۳٫۵G پرسرعت (۳GPP Release 5) HSPA برای کاربردهای انتقال داده با حداکثر نرخ بیت ۱۴Mbps ارتقا یافت. در سال ۲۰۰۷ نیز +HSPA با ۳٫۵G در Release 7 3GPP با استفاده از تکنیک MIMO نرخ بیت فروسو را تا ۲۸Mbps در پهنای باند ۵MHz افزایش داد. واسط هوایی UMTS دو پیاده سازی تقریبا متفاوت دارد.۳- استاندارد سازی نسل چهارم شبکه های موبایل (۴G)برای سالیان طولانی، بیشترین حجم ترافیک شبکه های موبایل مخابراتی مربوط به مکالمات صوتی می شد. در مقابل رشد ترافیک داده روی موبایل ابتدا بسیار کند بود، اما در سال های پس از ۲۰۱۰ استفاده از آنها به شدت رشد کرد. این رشد تا حدودی به دلیل توسعه فناوری های مخابراتی ۳٫۵G است. اما یک عامل مهم تر آن معرفی Apple iPhone در ۲۰۰۷ و پس از آن تجهیزات مبتنی بر سیستم عامل GOOGLE ANDROID از سال ۲۰۰۸ است. این تلفن های هوشمند جذابیت بیشتری دارند و مخاطب پسندانه تر از گوشی های قبلی هستند و برای پشتیبانی از تولید app ها توسط گروه های سوم طراحی شده اند. نتیجه این قابلیت ها رشد چشمگیر تعداد نرم افزارهای کاربردی موبایل و میزان استفاده از آنها بوده است. به عنوان یک عامل دیگر می توان استراتژی اپراتورهای شبکه در تشویق مخاطبان به استفاده از داده روی موبایل با پرداخت هزینه محدود بازای دانلود داده نامحدود اشاره کرد که باعث سوق دادن تولید کنندگان app و کاربران به سمت مصرف داده بدون محدودیت شده است. در نتیجه این عوامل در سال های نزدیک ۲۰۱۰ شبکه های ۳G رو به اشباع رفتند و تقاضا برای افزایش ظرفیت شبکه آغاز گشت. آی تی یو در سال ۲۰۰۸ با انتشار مجموعه الزامات موردنیاز برای سیستم های مخابراتی نسل چهارم (۴G) تحت عنوان IMT-Advanced روند استاندارد سازی نسل چهارم را آغاز کرد. براساس این الزامات، حداکثر نرخ داده سیستم باید در پهنای باند ۴۰ MHz حداقل ۶۰۰Mbps در فرو سو و۲۷۰Mbps در فراسو با شد. بمنظور افزایش ظرفیت و برآوردن سایر الزامات در سیستم جدید لازم بود علاوه بر فناوری های دسترسی رادیویی کارآمدتر، ساختار شبکه نیز تغییر یابد. بنابراین ۳GPP تصمیم گرفت تا یک بار دیگر هر دو ش بکه رادیویی و ش بکه هسته را مجددا طراحی نماید. نتایج این تغییرات عموما “تکامل بلند مدت یا به اختصار LTE نامیده می شود که استانداردسازی آن از Release 8 سلسله استانداردهای ۳GPP آغاز شده است. لازم به ذکر است که ۳GPP در Release 8 الزامات ITU برای IMT-Advanced را برآورده نکرد و برای حصول این مقصود شروع به مطالعه روش های بهبود قابلیت های LTE نمود. خروجی اصلی این مطالعه، تدوین استانداردی برای سیستم Release 10 با عنوان LTE-Advanced بود.در الزامات طراحی LTE-Advanced تعیین شده بود که حداکثر نرخ داده ۱۰۰۰ Mbps در فروسو و ۵۰۰ Mbps در فراسو فراهم گردد. در عمل، این سیستم به گونه ای طراحی شده است که حداکثر نرخ داده به ترتیب ۳۰۰ Mbps و ۱۵۰۰ Mbps را با استفاده از پهنای باند ۱۰۰ MHz که از ۵ جزء مجزای ۲۰ MHz تشکل شده است، ارائه می نماید. لازم بذکر است که این مقادیر تئوری برای شرایط ایده آل هستند و در هیچ سناریوی واقعی قابل حصول نیست. نهایتا، LTE-Advanced سازگار با LTE طراحی شده است، بطوریکه گیرنده موبایل LTE می تواند با ایستگاه پایه LTE-Advanced کار کند و برعکس.پس از ارزیابی پروپزال های ارائه شده، ITU در اکتبر ۲۰۱۰ اعلام کرد که دو سیستم الزامات LTE-Advanced را برآورده می کنند. یکی از این سیستم ها LTE-Advanced بود و دیگری نسخه بهبود یافته سیستم WIMAX تحت استاندارد IEEE 802.16e بود که به عنوان موبایل WiMAX 2.0 شناخته می شود. در ابتدا، ITU قصد داشته اصطلاح ۴G را تنها برای سیستم هایی که الزامات LTE-Advanced را برآورده می کردند، بکار ببرد. اما نه LTE و نه WiMAX 1.0 (موبایل IEEE 802.16e) این الزامات را برآورده نمی ساختند. به همین دلیل، انجمن مهندسان به این سیستم ها ۳٫۹G را اطلاق کردند. اما این ملاحظات مانع استفاده انجمن های بازاری از LTE و WiMAX 1.0 به عنوان فناوری های ۴G نشد. هرچند این اصطلاح از حیث کارآیی فناوری ناخواسته بود، اما در واقع منطقی بود چرا که در گذر از UMTS به LTE فناوری به طور کامل تغییر می کند ولی در گذر از LTE به LTE-Advanced تغییر واضح نیست. بنابراین مدتی قبل ITU تسلیم شد و در دسامبر ۲۰۱۰، اعلام کرد که ۴G نه تنها به LTE و WiMAX 1.0 بلکه به هر فناوری دیگری که کارایی به ص ورت قابل ملاحظه بهتری نسبت به سیستم های ۳G اولیه داشت، اطلاق می شود. در ادامه، Release های مختلف ۳GPP از ۲۰۰۸ تا ۲۰۱۵ و مهمترین ویژگی های آنها و تاثیر آنها بر ۵G را توضیح خواهیم داد.۱-۳: ۳GPP Release 8 , 9 (LTE)در ۳GPP Release 8 ، سیستم LTE برای اولین بار با هدف افزایش نرخ داده و با یک واسط رادیویی جدید و شبکه مبتنی بر IP معرفی شد. برخلاف پیاده سازی ایستگاه های پایه در GSM، در LTE از یک ساختار شبکه رادیویی flat استفاده می شد که عملکردها بین ایستگاه های پایه (eNodeB) توزیع شده بودند. مهمترین ویژگی های LTE شامل OFDMA در فروسو، سیستم های آنتن چند ورودی-چند خروجی (MIMO) و شبکه هسته بسته ای بهبود یافته (EPC) می باشند. پهنای باند مورد استفاده در LTE نیز با توجه به میزان طیف در اختیار اپراتورهای مختلف، از ۱٫۴MHz تا ۲۰MHz متغیر می باشد.با استفاده از مالتی پلکسینگ فضایی پیک نرخ داده LTE R8 در فرو سو و فراسو به ترتیب به ۳۰۰Mbit/s و ۷۵Mbit/s می رسد. همچنین در این ۸ Release ، تاخیر راه اندازی و دست به دست شدن به ۱۰msec کاهش یافت. در ۹ Release تنها تغییرات کمی در ساختار شبکه انجام شد و ویژگی های سرویس جدیدی معرفی شد. یکی از دلایل اصلی عدم تغییرات زیاد در این نسخه این بود که در زمان شروع استاندار سازی ۹ Release صنعت همچنان داشت بر روی پیاده سازی و توسعه سیستم جدید LTE Release 8 و ابتدا باید کارایی سیستم جدید ارزیابی می شد. در این نسخه فمتوسل های LTE به شکل eMBMS، SON، HeNB و LCS برای کاربردهای مبتنی بر موقعیت معرفی شدند.نیاز به افزایش ظرفیت ناشی از رشد روز افزون استفاده از موبایل دیتا، تقاضا برای ارتقای کیفیت تجربه کاربر و پشتیبانی از کاربردهای جدید، الزامات جدیدی را برای ۳GPP Release 12 ایجاد کرد. استاندارد سازی Release 12 در مارچ ۲۰۱۵ اتمام یافت و مهمترین ویژگی های این نسخه عبارتند از:تکنیک های چندآنتنی جدید و گیرنده های پیشرفته برای افزایش ظرفیت سیستمویژگی های جدیدی برای بهبود پشتیبانی از HetNet نظیر اتصال دو گانه و روشن خاموش سلول کوچکتجمیع کریر ناپیوسته داخل باندارتقای همکاری متقابل بین LTE و WiFiپشتیبانی از مدولاسیون QAM 256 برای DLمعرفی ارتباطات از نوع ماشین (MTC) و دسته های جدید UE و پشتیبانی از نرخ داده پایین با استفاده یک آنتن دریافت، کانال داده باریک و عملکرد نیمه داپلکسدر مسیر نهایی سازی استاندارد ۳GPP Release 12، چندین دسته از گوشی های جدید نیز معرفی شدند. از جمله آنها می توان به ۰ UE category با ظرفیت شبکه کم برای پشتیبانی از کاربردهای MTC و همچنین category 13-16 با پیک نرخ داده های بالاتر و پشتیبانی از مدولاسیون و ساختار MIMO پیشرفته تر اشاره کرد.دومین فاز از استانداردهای LTE اولین نسخه LTE-Advanced Pro با استاندارد سازی ۳GPP Release 13 در مارچ ۲۰۱۶ معرفی شد. در Release 13 ویژگی های متنوع جدیدی همراه با ارتقای ویژگی های موجود در نسخه های قبلی معرفی شدند. هدف اصلی بسیاری از این تغییرات کاهش هزینه برای افزایش حداکثر نرخ بیت بازای هر کاربر و ظرفیت در لبه سلول می باشد. برخی از ویژگی های Release 13 عبارتند از: بهبود خدمات امنیت عمومی نظیر D2D و ProSe، ارتقای ویژگی های MTC و موقعیت یابی داخل ساختمان، بهبود CA تا پشتیبانی از تجمیع ۳۲ کریر، اتصال دوگانه سلول کوچک و همکاری متقابل با WiFi، دسترسی به طیف آزاد ۵HGz به کمک باند دارای مجوز (LAA)، پشتیبانی از ۳D Beamforming و MIMO مرتبه بالا تا ۶۴ پورت آنتن، بهبود روش های موقعیت یابی داخل س اختمان، بهبود تکنیک های ارسال چند کاربره با استفاده از روش های کدینگ برهم نهی، یک نقطه سلول به چند نقطه (SC-PTM) و کاهش تاخیر.در سالیان اخیر، شاهد رشد نمایی ترافیک داده در شبکه های موبایل هستیم و براساس پیش بینی شرکت Cisco، ترافیک داده موبایل در دنیا بین ۲۰۱۰ تا ۲۰۲۰ حدودا ۱۰۰۰ برابر افزایش خواهد داشت. ترافیک موبایل عمدتا توسط گوشی های هوشمند که مصرف داده بالایی دارند استفاده می شود. علاوه بر افزایش نرخ نفوذ این نوع گیرنده ها، عامل دیگر رشد چشمگیر ترافیک موبایل، افزایش تقاضا برای برنامه های چند رسانه ای نظیر ویدیو UHD و سه بعدی و نیز واقعیت افزوده و تجربه نزدیک به واقعیت می باشد. امروزه ویدیو روی موبایل، بیش از ۵۰% از ترافیک داده موبایل در دنیا را تشکیل میدهد و پیش بینی می شود این رقم تا سال ۲۰۱۸ (این متن سال ۲۰۱۷ نگارش شده) به دو سوم افزایش یابد. نهایتا، شبکه های اجتماعی نیز اهمیت زیادی برای کاربران موبایل پیدا کرده است و الگوی مصرف جدید و سهم ترافیک داده موبایل قابل ملاحظه ای را ایجاد نموده است.علاوه بر رشد ۱۰۰۰ برابری ترافیک، تعداد رو به رشد دستگاه های متصل نیز چالش دیگری را به شبکه موبایل آتی تحمیل خواهد کرد. انتظار می رود که در جامعه متصل آینده، همه کس و همه چیز زیر چتر اینترنت چیزها (IoE) یا اینترنت اشیا به هم متصل شوند و ده ها تا صدها دستگاه در خدمت هر انسان قرار خواهد گرفت. رشد ترافیک موبایل ۱۰۰۰ برابری در کنار میلیاردها دستگاه متصل، سیستم سلولی را به یک شبکه برودبند همه جا حاضر با ظرفیت و بهره وری انرژی بالا و پشتیبانی از انواع کیفیت سرویس های مختلف مبدل می سازد. در واقع، نسل آینده سیستم سلولی را می توان اولین نمونه از یک شبکه همگرای سیمی و بی سیم تصور کرد که تجربه مشابه فیبر را برای کاربران موبایل به ارمغان خواهد آورد. چنین زیر ساخت بی سیم سراسری، فوق برودبند دارای تاخیر بسیار کم، جامعه را متصل خواهد کرد و چرخ اقتصاد آینده را به پیش خواهد برد.بنابراین، باوجود اینکه LTE هنوز در مراحل ابتدایی پیاده سازی است و تا ۲۰۱۶ Q3، تعداد مشترکان آن در جهان به ۲۲٫۴% رسیده است و ۲G همچنان بیشترین سهم را در بازار جهانی دارد، صنعت در حال حرکت به سمت نسل بعدی مخابرات موبایل با عنوان ۵G به منظور پاسخگویی به نیازهای جدید بشر می باشد. مشابه ۳G و ۴G که به ترتیب در پی توصیه نامه های ITUR برای ۲۰۰۰-IMT و IMT-Advanced، استاندارد شدند، به منظور استاندارد سازی ۵G نیز در سال ۲۰۱۵ نهاد ITU-R توصیه نامه ای را برای تعیین چارچوب و اهداف نسل آینده سیستم های مخابراتی در سال ۲۰۲۰ و بعد از آن منتشر کرده است. در این توصیه نامه کاربردها و الزامات سیستم های آتی نیز تعیین شده است.روند استاندارد سازی ۵Gدر پی انتشار مشخصات ۲۰۲۰-IMT ، فعالیت های استاندارد سازی ۳GPP برای یک شبکه رادیویی جدید که مکمل LTE با شد در ۳GPP Release 14 آغاز شده است. ۳GPP در Release 14 یک مطالعات مقدماتی بر روی مشخصات ۵G انجام داده و براساس نتایج آن، توسعه مشخصات ۵G را در ۳GPP Release 15 و ۳GPP Release 16 آغاز نموده است. Release 15 مشخصات فاز اول ۵G را منتشر می کند که ویژگی های اولیه ۵G را تعریف می کند و Release 16 مشخصات فاز دوم ۵G را منتشر می کند که تعیین کننده ویژگی های بیشتر ۵G جهت برآوردن کامل الزامات ۲۰۲۰-IMT است. مطابق شکل زیر مشخصات ۵G در دو فاز نهایی می گردد که ۱ Phase و ۲ Phase به ترتیب در سپتامبر ۲۰۱۸ و مارچ ۲۰۲۰ پایان می یابند اما ۳ Stage آنها در ژوئن ۲۰۱۸ و دسامبر ۲۰۱۹ نهایی می گردند.Release 14 (4.9G یا ۴٫۵G Pro یا pre5G)همانطور که اشاره شد با رشد استفاده از شبکه های LTE-A ، نیاز به سرویس هاس جدید نیز پیوسته در حال افزایش است و با وجود پیشرفت های LTE تا ۱۴ Release، هنوز س ناریوهایی مانند نیاز به تاخیر بسیار کم و یا بهره گیری از باندهای فرکانسی بالاتر وجود دارد که LTE نمی تواند به خوبی به آنها پاسخ دهد. از سال ۲۰۱۵، فعالیت های استانداردسازی ۳GPP برای یک شبکه رادیویی جدید که مکمل LTE باشد در ۱۴ Release که نسخه بعدی LTE-Advanced Pro است، آغاز شده است. از جمله ویژگی های اصلی جدید ۳GPP Release 14 که به قابلیت های LTE اضافه شده است می توان به توسعه LAA و eLWA برای پشتیبانی از دسترسی به طیف بدون مجوز در فراسو، پشتیبانی از سیستم های حمل و نقل هوشمند (ITS) شامل مخابرات V2X، بهبود eMTC برای بالا بردن ظرفیت ماشین های متصل و پشتیبانی از MBMS برای ارتقای نرم افزار و ارتباطات D2D پشتیبانی از فناوری Massive MIMO تا ۶۴ پورت آنتن و بهبود ویژگی های eMBMS اشاره کرد.هدف از ۳GPP Release 14 که مشخصات آن در ژوئن ۲۰۱۷ تکمیل شد، تهیه گزارش های فنی (TR) مربوط به ۵G به عنوان فاز مطالعات مقدماتی موردنیاز برای تهیه مشخصات فنی (TS) استاندارد ۵G با شبکه رادیویی جدید است. دو نمونه از آیتم های مطالعاتی مربوط به ۵G در ۳GPP Release 14 عبارت از الزامات موردنیاز برای تکنولوژی دسترسی ۵G توسط TSG RAN و معماری سیستم ۵G توسط TSG SA می باشند. در ادامه، خلاصه ای از چند TR اصلی ۵G در Release 14 که تاکنون منتشر شده است را بیان خواهیم کرد. به عنوان نمونه، در مارچ ۲۰۱۶ گروه کاری الزامات و خدمات ۳GPP، گزارش فنی TR 22.891 ذیل آیتم مطالعاتی معماری سیستم ۵G، فاز مطالعاتی الزامات سرویس ۵G را با نام SMARTER منتشر کرد. TR 22.891 بیش از ۷۰ مورد استفاده از ۵G را در پنج دسته اصلی مطابق شکل زیر تبیین کرده است. گزارش های فنی مربوط به چهار فعالیت از SMARTER در ۱۴ Release انجام شده است و یک TR درباره بهبودهای V2X قرار است در ۱۵ Release تکمیل گردد.در ۵G، سرویس eMBB نیازمند سرعت های فوق سریع (۲۰Gbps)، سرویس IoT برای کاربردهای حساس نیازمند تاخیر (زیر ۵ms) و امنیت (۹۹٫۹۹۹%) عالی و سرویس IoT انبوه نیازمند اتصالات انبوه (۱۰۶ devices/Km2) می باشند. به منظور دستیابی به کلیه این الزامات در سرویس های مختلف، یک شبکه ۵G باید تطبیق پذیر باشد تا بتواند یک راه حل بهینه و در خور را برای هر سرویس ارائه دهد. یکی از تکنولوژی های نامزد برای این منظور، قطعه بندی شبکه است که در Release 15 استاندارد خواهد شد. قطعه بندی شبکه یکی از ضروری ترین تکنولوژی هایی است که احتمالا ۵G به آن وابسته خواهد بود چراکه به اپراتورها این امکان را می دهد که یک شبکه فیزیکی را به چندین شبکه مستقل منطقی تقسیم نمایند.۳GPP Release 14 , 15 (فاز ۱ و ۲ استاندارد ۵G)از نیمه دوم سال ۲۰۱۷، کار بر روی Release 15 توسط ۳GPP با تمرکز بر انتشار اولین سری از استانداردهای ۵G همزمان با تکمیل مشخصات LTE-Advanced Pro آغاز شده است. مطابق برنامه زمانبندی ارائه شده توسط ۳GPP این نسخه تا سپتامبر ۲۰۱۸ منتشر خواهد شد. از مهمترین ویژگی های ۱۵ Release باید سازگاری با نسل بعد در هر دو بخش دسترسی رادیویی و طراحی پروتکل باشد تا فازبندی استاندار سازی ۵G میسر گردد. اسکوپ شبکه دسترسی رادیویی جدیدی که باید در ۱۵ Release استاندارد شود شامل هر دو عملیات غیر مستقل (NSA) و مستقل (SA) می باشد. در مود NSA، هر دو شبکه رادیویی ۵G NR و LTE می توانند با یکدیگر کار کنند زیرا این مود به ۵G NR این اجازه را میدهد که از control plane مربوط به LTE استفاده نماید. همچنین، مود SA اجازه میدهد با پشتیبانی ۵G NR از کلیه قابلیت های control plane، این شبکه رادیویی جدید به صورت مستقل کار کند. از آنجا که در نسخه های اخیر LTE از بسیاری از کاربردها و خدمات عصر ۵G نیز پشتیبانی می شود.در حالیکه تمرکز اصلی ۱۵ Release بر روی سرویس های از نوع eMBB یکی از سناریوهای استفاده از ۵G تعیین شده در ITU (URLLC , mMTC , eMBB) است، این نسخه پشتیبانی از برخی سرویس های از نوع URLLC را نیز فراهم می کند. شایان ذکر است که دلیل فازبندی استاندارد سازی ۵G و تصمیم ۳GPP برای انتشار فاز اول مشخصات ۵G با قابلیت های محدود در ۱۵ Release تا سال ۲۰۱۸، اشتیاق بازار برای پیاده سازی تجاری ۵G در سال ۲۰۲۰ است که ۳GPP را مجبور کرده است فاز اول مشخصات فنی ۵G را در سال ۲۰۱۸ منتشر کند تا فرصت کافی برای توسعه محصولات بر اساس این مشخصات فنی اولیه تا سال ۲۰۲۰ وجود داشته باشد. شواهد نشان می دهد در برخی نقاط دنیا اشتیاق برای توسعه و پیاده سازی فناوری ۵G حتی قبل از برنامه زمانی تعیین شده توسط ITU-R وجود دارد.نهایتا ۳GPP در ۱۶ Release، فاز دوم استاندارد سازی ۵G که کلیه الزامات ۲۰۲۰-IMT را برآورده خواهد کرد تا سال ۲۰۲۰ منتشر خواهد کرد تا ITU-R مطابق برنامه زمانی استاندارد ۵G را در سال ۲۰۲۰ مشخص نماید. البته توسعه فناوری د ستر سی رادیویی جدید ۵G با انتشار فاز ۲ پایان نخواهد یافت و مشابه سایر فناوری های ۳GPP مجموعه ای از نسخه ها به دنبال آن منتشر خواهد شد که هر یک ویژگی جدیدی را به فناوری ۵G اضافه خواهد نمود.باندهای فرکانسی پیاده سازی اولیه ۵Gهنوز در مورد اینکه دقیقا چه باندهای فرکانسی برای فناوری دسترسی رادیویی جدید ۵G مورد استفاده قرار خواهند گرفت، تصمیمی اتخاذ نشده است.بعلاوه، در ۱۵-WRC مجموعه ای از باندهای فرکانسی بالاتر از ۱۰GHz نیز برای مطالعه به عنوان طیف جدید بالقوه MT برای ۱۹-WRC معرفی شده است. مسلما این باندها برای فناوری د ستر سی رادیویی ۵G نامزد هستند. البته راه اندازی اولیه شبکه دسترسی رادیویی جدید ۵G ممکن است با توجه به تصمیمات رگولاتورهای ملی امنطقه ای در سایر باندها صورت پذیرد. به طور کلی تا امروز، مطابق شکل بالا دو بازه فرکانسی اصلی برای پیاده سازی اولیه شبکه دسترسی رادیویی جدید ۵G معرفی شده است که عبارتند از:بازه فرکانسی ۳-۴٫۲ GHZ و ۴٫۴-۴٫۹۹ GHZبازه فرکانسی ۲۵-۲۹٫۵ GHZلازم بذکر ست که این بازهای فرکانسی تنها تا حدودی با باندهای فرکانسی تعیین شده در ۱۵-WRC یا مورد مطالعه برای ۱۹-WRC مشترک هستند.نتیجه گیریدنیای مخابرات بی سیم موبایل به سرعت در حال توسعه است و در سال های اخیر رشد قابل ملاحظه ای در این حوزه صورت پذیرفته است. به طور خلاصه، در جدول زیر ویژگی های نسل های مختلف سیستم های موبایل مخابراتی از نسل دوم تا پنجم نمایش داده شده است. سیستم جدید مخابرات سلولی ۵G انقلاب جدیدی در صنعت موبایل است که در آن بسیاری از تکنیک ها و فناوری های جدید مورد استفاده واقع شده است. فناوری های جدید ۵G هنوز در حال توسعه هستند و استاندارد جدید ۵G تاکنون معرفی نشده است ولی انتظار می رود که تا سال ۲۰۲۰ این فناوری پیاده سازی گردد.به طور کلی، ۵G را باید به عنوان یک پلاتفرم در نظر گرفت که امکان ارتباطات بی سیم را برای همه انواع سرویس های موجود و سرویس های ناشناخته آینده فراهم خواهد نمود. مسلما، موبایل برودبند همچنان یکی از مهمترین کاربردهای مخابرات بی سیم خواهد ماند ولی علاوه بر آن با استفاده از ۵G، ارتباطات و دسترسی پیوسته به اطلاعات در هر زمان و در هر مکان برای هر انسان و ماشینی امکان پذیر خواهد شد.